天文知識(shí)主題班會(huì)

“太陽(yáng)系之旅”主題班會(huì)八年級(jí)（2）班鄭立娜一、教學(xué)目的通過這節(jié)班會(huì)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解有關(guān)太陽(yáng)系的基本知識(shí)，認(rèn)識(shí)每天東升西落的星球-太陽(yáng)以及我們的家園—地球等相關(guān)天文知識(shí)。二、教學(xué)目標(biāo)通過本次班會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)天文地理的學(xué)習(xí)興趣與勇于探索知識(shí)的精神三、教學(xué)重點(diǎn)：太陽(yáng)系的組成及相關(guān)知識(shí)教學(xué)難點(diǎn)：太陽(yáng)是一顆與眾不同的恒星四、教學(xué)過程：我們所居住的這個(gè)星系同其他絕大多數(shù)星系一樣，有一顆巨大的主星為中心，四周環(huán)繞著它的一群從仆。這以太陽(yáng)為中心組成的一個(gè)小小群體——我們稱為太陽(yáng)系。我想先讓讀者們記住這一系統(tǒng)的一個(gè)特色：比起眾星之間令人咋舌的距離，它的范圍簡(jiǎn)直是太渺小了。太陽(yáng)系周圍被空洞而遼遠(yuǎn)的巨大空間包裹著。即使我們能從太陽(yáng)系的這一邊橫渡到那一邊去，我們也不會(huì)把眼前的星星看得更近些；在太陽(yáng)系邊緣，我們看到的星座形狀與地面所見沒有什么不同。第一部分太陽(yáng)太陽(yáng)系的最初一瞥(1)現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道包括我們自己居住的行星在內(nèi)的這一小群天體，是如何組成一個(gè)獨(dú)立的小團(tuán)體了。雖然對(duì)宇宙來說，這個(gè)渺小的團(tuán)體是微不足道的，但是對(duì)于我們來說，卻是生存的根本。在詳細(xì)說明太陽(yáng)系各個(gè)組成部分之前，我們先來瀏覽一下，看看這個(gè)小團(tuán)體大致是由什么以及如何構(gòu)成的。首先我們要提到的是太陽(yáng)。既然我們的小團(tuán)體以它來命名，就足可以說明它的重要性了。這個(gè)在太陽(yáng)系中央發(fā)光的巨大球體，不停地以驚人的速度把光和熱輻射出去，并且用它強(qiáng)有力的引力來維持這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其次則是那些行星。它們?cè)谟幸?guī)則的軌道中環(huán)繞太陽(yáng)——而我們的地球也是其中之一。行星（ｐｌａｎｅｔ）這個(gè)詞的本意是游移不定，古時(shí)給它們起這名字是因?yàn)樗鼈儾幌窈阈且粯?，在天空中守著相?duì)固定的位置，卻在恒星間游移不定。它們可以分為不同的兩類，叫大行星與小行星（ｍａｊｏｒａｎｄｍｉｎｏｒ）大行星一共８顆，是全太陽(yáng)系中除了太陽(yáng)外最大的物體。它們到太陽(yáng)之間的距離按照遠(yuǎn)近不同，大致按照一種有規(guī)律的方式排列。從最近的水星（５８００萬千米）到最遠(yuǎn)的海王星（約５９億千米）。水星繞太陽(yáng)一周只要不到３個(gè)月，海王星在它遙遠(yuǎn)的路程卻要花上近１６５年。在太陽(yáng)系的八大行星中，若按它們的質(zhì)量大小和結(jié)構(gòu)特征，又分為“類地行星”和“類木行星”兩類——顧名思意，就是類似于地球或者是木星的兩類行星。類地行星主要由石、鐵等物質(zhì)組成，體積小、密度大、自轉(zhuǎn)慢、衛(wèi)星少。水星、金星、火星都屬于類地行星。而類木行星主要由氫、氦、冰、氨、甲烷等物質(zhì)組成，體積大、密度低，自轉(zhuǎn)相當(dāng)快、衛(wèi)星眾多，還有由碎石、冰塊或氣塵組成的美麗光環(huán)。木星、土星、天王星、海王星都屬于類木行星。大行星分為兩群，其間有一道很寬的空隙。內(nèi)層的４顆類地行星大體上比外層的類木行星要小得多，這４顆行星合起來居然還夠不上外層天王星的１／４大。在兩群之間的空隙中旋轉(zhuǎn)的是小行星（ａｓｔｅｒｏｉｄｓ）。和大行星比起來，它們真是渺小得很。它們幾乎都在一條很寬的帶中，相對(duì)太陽(yáng)來說，這條帶從離地球遠(yuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)開始，一直到幾乎十倍的地日距離為止。其中大部分約比地球離太陽(yáng)遠(yuǎn)四五倍。它們跟大行星還有一點(diǎn)不同，就是數(shù)目眾多；我們已知有編號(hào)的小行星已在１００００顆以上，而新的還在不斷地被發(fā)現(xiàn)，使我們無從估計(jì)其總數(shù)。太陽(yáng)系中的第三類是“衛(wèi)星”（ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ）或者說“月亮”（ｍｏｏｎ）。大行星常常有這種小天體繞著旋轉(zhuǎn)。最內(nèi)層的水星和金星都沒有衛(wèi)星。別的行星，如地球只有一顆衛(wèi)星（我們的月亮），土星的衛(wèi)星卻已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了４７顆，木星更是發(fā)現(xiàn)了６３顆（截至２００６年６月）。因此，除了水星跟金星以外，每一顆大行星都是一個(gè)近似太陽(yáng)系的系統(tǒng)的中心。這些系統(tǒng)有時(shí)就以其中央星體作為系名。因此我們就有了火星系——其中有火星與其兩顆衛(wèi)星；木星系——其中有木星、木星光環(huán)與其６３顆衛(wèi)星；土星系——其中有土星、土星光環(huán)與其４７顆衛(wèi)星……太陽(yáng)系的最初一瞥(2)太陽(yáng)系中的第四類是“彗星”（ｃｏｍｅｔｓ）。它們繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的軌道是一個(gè)非常扁的橢圓。我們只在它們接近太陽(yáng)時(shí)才看見，這在它們的大多數(shù)說來都要隔幾百年甚至幾千年一次的。就算是那時(shí)候，若不遇上有利的情形，也還是會(huì)失去機(jī)會(huì)的。在上述諸天體之外還有無數(shù)微小的巖石塊（稱為流星體）也按有規(guī)則的軌道繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，它們大概是跟小行星和彗星多少有點(diǎn)瓜葛的。它們都是完全看不見的，除非碰巧進(jìn)入了我們的大氣中來，那時(shí)我們就把它們叫做“流星”（ｓｈｏｏｔｉｎｇｓｔａｒｓ）。下面是以距太陽(yáng)遠(yuǎn)近為次序并附其所有衛(wèi)星的行星表：（一）內(nèi)層大行星：水星（Ｍｅｒｃｕｒｙ）金星（Ｖｅｎｕｓ）地球（Ｅａｒｔｈ）有１顆衛(wèi)星火星（Ｍａｒｓ）有２顆衛(wèi)星（二）小行星（三）外層大行星：木星（Ｊｕｐｉｔｅｒ）有６３顆衛(wèi)星（有光環(huán)）土星（Ｓａｔｕｒｎ）有４７顆衛(wèi)星（有光環(huán)）天王星（Ｕｒａｎｕｓ）有２７顆衛(wèi)星（有光環(huán)）海王星（Ｎｅｐｔｕｎｅ）有１３顆衛(wèi)星（有光環(huán)）但是我們將不依照這個(gè)次序來敘述它們。我們?cè)跀⑹鐾晏?yáng)以后就跳過水星和金星來談?wù)勎覀兊牡厍蚝驮铝粒缓笤倩仡^來依次談其他的行星。太陽(yáng)(1)這個(gè)在太陽(yáng)系中央的，同時(shí)也是我們星系中最大的物體當(dāng)然要首先引起我們的注意。我們看到的太陽(yáng)是一個(gè)發(fā)光的球體。于是首先要問的自然是這球體的大小與遠(yuǎn)近了。我們知道了它的遠(yuǎn)近以后也就很容易說出它的大小來——這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的初等幾何問題——我們可以測(cè)量出太陽(yáng)直徑在我們視野中的視角，然后只要知道了它離我們的距離，就可以計(jì)算出它的直徑。精確的計(jì)算只是非常簡(jiǎn)單的三角問題。我們現(xiàn)在精確測(cè)量到太陽(yáng)直徑在我們眼中所成角度為３２分，這使我們知道太陽(yáng)離我們的距離是它直徑的１０７．５倍，所以我們將太陽(yáng)到地球的距離除以１０７．５就得到它的直徑了。太陽(yáng)和地球之間的平均距離是１４９６０萬千米。用１０７．５除，我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)直徑約為１３９萬千米，這就是地球直徑的約１１０倍了。這又可推算出太陽(yáng)的體積較地球大１３０萬倍以上。太陽(yáng)的平均密度只是地球密度的四分之一，比水的密度約大０．４倍。太陽(yáng)質(zhì)量約為地球的３３．２萬倍。太陽(yáng)表面的重力約為地球表面重力的２８倍。假如人可以到太陽(yáng)上面去，一個(gè)常人將有兩噸重而被自己的重量壓倒。太陽(yáng)對(duì)于我們異常重要，因?yàn)樗枪夂蜔岬膫ゴ髞碓础＜偃鐩]有它，不僅世界要被無盡的黑夜包圍，而且在極短時(shí)間中將陷于永恒的寒冷。我們都知道在晴朗的夜間，地面會(huì)將日間從太陽(yáng)吸收來的熱量又散發(fā)回空中去，要比較冷些。如果沒有日間的輸入，熱量就要持續(xù)地消失。我們可以想象一下突然失去了太陽(yáng)的情形：先是失去了絕大多數(shù)的光明，月亮和相對(duì)明亮一些的行星同時(shí)也變得暗淡，以致于我們根本無法發(fā)現(xiàn)其存在。而天空則布滿平時(shí)很難看到的滿天繁星——可惜它們卻太過遙遠(yuǎn)而不能給我們帶來多少光明和溫暖。這時(shí)候，你開始覺得有點(diǎn)冷了——或許像冬天的夜。但這僅僅是開始，因?yàn)椴粫?huì)再有黎明的到來，氣溫還是會(huì)持續(xù)下降，一直到比我們的兩極還要寒冷。由于沒有陽(yáng)光，光合作用將停止，植物當(dāng)然不能生長(zhǎng)——不過這已經(jīng)不再重要了，持續(xù)降低的溫度很快就會(huì)把所有的生物凍死。水是儲(chǔ)存熱量的很好的容器，所以海洋的溫度會(huì)降低得慢一點(diǎn)。但是不出幾個(gè)月，所有的大洋都將變成一個(gè)大冰坨子。當(dāng)溫度再持續(xù)下降的時(shí)候，大氣就開始液化，最后地球成為一個(gè)銀白色的死寂星球——在長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)世紀(jì)的降溫之后，地球的溫度絕對(duì)不會(huì)超過２Ｋ（零下２７１．１５℃還是讓思維回到現(xiàn)實(shí)中，看看帶給我們溫暖的太陽(yáng)吧。我們平?？匆姷奶?yáng)表面叫做“光球”（ｐｈｏｔｏｓｐｈｅｒｅ）。這樣就不至于和外面的幾乎透明的一層以及內(nèi)部看不見的部分相混淆。肉眼看來，光球好像各部分完全一樣。但在加了濾光鏡的望遠(yuǎn)鏡中看來，全表面則都有斑點(diǎn)。在更細(xì)致的觀測(cè)下我們發(fā)現(xiàn)，這是由于有很多不規(guī)則小顆粒布滿全光球的緣故。當(dāng)我們比較光球各部分的光度時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)圓面的中心比邊緣明亮。這種差別不用望遠(yuǎn)鏡也可看出來。只要我們用一塊黑玻璃遮住眼睛，或者在傍晚濃厚的霞彩中去望落日，很容易發(fā)現(xiàn)，越靠近太陽(yáng)的邊緣亮度就越低，到了圓面的最外邊時(shí)，光的亮度大約只相當(dāng)于中央的一半。另外，邊緣和中心還有顏色的不同——邊緣所發(fā)出的光比中心的光更顯暗紅。光球就是我們所能觀察到的極限，其內(nèi)部就觀察不到了。光球雖然看起來如皮球表面一樣光亮，它的密度卻只有我們周圍空氣的萬分之一。我們看這一層時(shí)還要透過數(shù)萬千米的太陽(yáng)“大氣”。光球的圓面邊上更黑更紅的原因是由于這種大氣很厚，我們所看到的是“大氣”更高更冷的一層，那兒的光也就更弱更紅了。第二部分地球既然我們所居住的這球體是行星之一，那么即使它沒有別的值得我們注意的地方，也該要描述一下它在天體中的地位了。雖然它跟宇宙間大天體比起來，甚至跟我們太陽(yáng)系的大行星比起來，它只是微不足道的一員，可是在它自己的系統(tǒng)中卻還是最大的一個(gè)。至于它是人類的家園——這一點(diǎn)我們更不用說了。地球是什么？我們可以先下一個(gè)廣泛的定義，說它是一個(gè)物質(zhì)的球體，約有１萬多千米的直徑，由于其各部分的互相吸引而聯(lián)成一體。我們都知道它并非嚴(yán)格的球形，它的赤道部分稍微鼓起來一些。因?yàn)樗砻娴牟黄?，于是確定它的準(zhǔn)確的大小與形狀也就比較困難。幸好人造衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)展幫助人們解決了這個(gè)難題。關(guān)于地球形狀及大小的結(jié)論可概括如下：極直徑１２７１３．６千米赤道直徑１２７５６．３千米我們由此可以看出赤道直徑比極直徑大４２．７千米了。地球的內(nèi)部我們由直接觀察所知的地球差不多完全限于它的表面。人類在上面挖穿的最深處與全球大小比起來不過像蘋果皮之于蘋果一樣。我先要請(qǐng)讀者注意一下地球上的重量、壓力、重力等事實(shí)。我們?cè)囍芯恳粔K１立方米的泥土，這是地球外層表面的一部分。這塊泥土加在自己底上的重量也許是２．５噸。下面１立方米也有同樣重量，因此加在自己底上的重量就是自身重量加上面１立方米的重量了。這種壓力的增加一直隨著我們的深入。地球內(nèi)部的每１平方米都支持著一直到表面的１平方米的柱形的壓力。表面下不到若干厘米的地方這種壓力就以噸計(jì)了；１千米深的地方大概是２５００噸；１００千米的地方就是２５萬噸了；這樣一直繼續(xù)到中心。在這種不可思議的壓力之下，地球中部的物質(zhì)被高度地壓縮。那兒的物質(zhì)也更沉重。地球的平均密度被認(rèn)為等于水的５．５２倍，但其表面密度卻只有水的兩三倍。關(guān)于地球的確定事實(shí)之一就是在表面以下的礦坑中，愈深處溫度愈高。增加的比率依地域與緯度而各處不同，平均增加率是每下降約３０米增高１℃這種溫度的增加到地球中心時(shí)將怎樣呢？回答這問題我們可以說不能僅僅根據(jù)表面的情形。因?yàn)榈厍蛲獠吭诤芫靡郧熬屠鋮s了，所以我們不能在下降時(shí)得到很大的溫度增加。從地球存在以來熱量都被保持著這一點(diǎn)事實(shí)，表明中心溫度一定更高，而近表面的溫度增加的比率也一定會(huì)保持到更深的若干千米直到地球的內(nèi)部。依照這增加率來看，地球的２０千米或２５千米深的地方的物質(zhì)一定是灼熱的，而２００千米或２５０千米以下的熱度則一定足以熔化所有構(gòu)成地殼的物質(zhì)了。這事實(shí)使早期的地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為我們的地球是一個(gè)熔化了的大塊，正如一大塊熔化了的鐵，上面蒙了一層幾千米厚的冷殼層，我們就居住在這殼上?；鹕降拇嬖谝约暗卣鸬陌l(fā)生都增加了這種見解的可靠性。但在１９世紀(jì)２０年代，天文學(xué)家與物理學(xué)家收集了一些證據(jù)，似乎證明地球從中心到表面都是固體，甚至比同樣大的一塊鋼還堅(jiān)硬。這學(xué)說是開爾文爵士（ＬｏｒｄＫｅｌｖｉｎ）第一個(gè)發(fā)展的。他認(rèn)為如果地球是被一層殼包著的液體，月亮的作用就不是吸起海洋的潮汐而只要將全地球向月亮的方向拉起來，卻不改變殼與水之間的相對(duì)位置。同樣可靠的是那奇特的現(xiàn)象，地球表面的緯度變遷，這在下面我們就要講到。不僅一個(gè)內(nèi)部柔軟的球體不能像地球這樣旋轉(zhuǎn)，甚至硬度不如鋼的球體也不能。那么我們?nèi)绾文苷{(diào)和這固體性質(zhì)與那不可思議的高溫度呢？看來只有一個(gè)可能的解決方法：地球內(nèi)部的物質(zhì)因那巨大的壓力而保持其為固體。據(jù)實(shí)驗(yàn)證明：強(qiáng)大的壓力能提高物質(zhì)的熔點(diǎn)，壓力越大，熔點(diǎn)就越高。一塊巖石到了熔點(diǎn)以后再加以重壓，壓力的結(jié)果使它又還原為固體。因此，我們?cè)黾恿藴囟戎灰瑫r(shí)考慮壓力的問題就可以使地球中心物質(zhì)保持固體了。當(dāng)然我們還有一些實(shí)際的辦法來獲得證據(jù)，在地表人工制造一個(gè)震源（如炸彈），通過接受地下的回波來確知地下結(jié)構(gòu)。通過地震技術(shù)獲得的資料發(fā)現(xiàn)，地球的內(nèi)核與地殼為實(shí)體，而中間的外核與地幔層為流體。地核可能大多由鐵構(gòu)成，雖然也有可能是一些較輕的物質(zhì)。地核中心的溫度可能高達(dá)７２００℃地球--大氣從天文學(xué)的角度來看和從物理學(xué)方面一樣，大氣都是地球的一件最重要的附屬品。雖然它對(duì)我們的生活非常必要，卻給了天文學(xué)家?guī)砹诉M(jìn)行精密觀測(cè)的巨大障礙。它多少會(huì)吸收去一些從中經(jīng)過的光，因此微微改變了天體的真實(shí)色彩，即使在極晴朗的夜空也不免使得星星比原來更黯淡。它還會(huì)彎曲從中經(jīng)過的光，使它沿一條微曲的路線（這線對(duì)地球而言是凹的），卻不是直射入天文學(xué)家的眼里。結(jié)果又使星辰都看起來離地平線比實(shí)際位置高了一些。從天頂直射下來的星光是不受彎曲的，離天頂愈遠(yuǎn)則折光愈甚。在離天頂４５度時(shí)，折光之差達(dá)到了一弧分，雖然這個(gè)曲折的程度肉眼發(fā)現(xiàn)不了，但在天文學(xué)家看來已是很大的誤差了。物體越靠近地平線，其折光率就越大；離地平線２８度時(shí)已比４５度時(shí)增大了一倍；在地平線上眼見的天體由折光引起的誤差已在半度以上，這已比肉眼所看到的太陽(yáng)和月亮的直徑還要大了。結(jié)果就是，在日出日落的時(shí)候，我們?cè)诘仄骄€上看到的太陽(yáng)實(shí)際上是在地平線以下。我們看得見它只是因?yàn)檎酃獾木壒?。地平附近折光率增大的另一有趣的結(jié)果就是，太陽(yáng)在那兒看起來要扁一些，它的垂直直徑要比水平的直徑看起來短。這是因?yàn)樘?yáng)的下半部較上半部受到的折光率更大。有機(jī)會(huì)在海上看日出或者日落的話，任何人都可以看到這種景觀。當(dāng)太陽(yáng)在熱帶晴朗的空氣中沉下海洋去時(shí)，我們可以看到一種在溫帶濃厚的空氣中很難見到的美麗景觀。由于大氣對(duì)各色光線有不同的折射率，大氣也像一片三棱鏡一樣按不同的角度折射不同的光線：對(duì)于紅色光線折射最少，按紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序逐漸增大折射的角度。結(jié)果，當(dāng)太陽(yáng)在海平面上消失的時(shí)候，最后的一串光線也按同樣的順序逐漸消失。太陽(yáng)逝去前兩三秒鐘，它的殘留可見的邊緣會(huì)很迅速地改變顏色，并且越來越暗。我們最后見到的是轉(zhuǎn)瞬即逝的一道綠色的閃光。至于波長(zhǎng)更短、折射更大的藍(lán)光紫光，則在達(dá)到我們眼睛之前已經(jīng)被大氣散射和吸收了。第三部分其他行星水星我們現(xiàn)在要依照距太陽(yáng)遠(yuǎn)近的次序，開始敘述我們所知的大行星的一切了。第一個(gè)輪到的就是水星，這不僅是一顆離太陽(yáng)最近的行星，而且是八大行星中最小的一顆——如果不是因?yàn)樗匚坏木壒?，我們幾乎不能將它列在大行星中。它的直徑只比月亮大出５０％，但其體積是與其直徑的立方成比例的，因此它比月亮的體積大了３倍多。用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)水星的最佳時(shí)刻，是春季和暖的傍晚，或者在秋天清涼的黎明。假定它在太陽(yáng)之東，一般在下午任何時(shí)候都可用望遠(yuǎn)鏡看見它，但這時(shí)空氣通常都被太陽(yáng)強(qiáng)烈的光線攪亂了，因此很難作出令人滿意的觀測(cè)。下午晚些時(shí)候空氣較穩(wěn)定，就比較利于觀測(cè)